تبريد المحرك الكهربائي: وضع الخسائر في موضعها الصحيح

التحليل الحراري للمحرك الكهربائي لا يبدأ بمعرفة الخسارة الكلية — بل يبدأ بمعرفة أين تنشأ الخسارة.

حدود الخسارة تتصرف تصرفًا مختلفًا

خسارة النحاس (الملفات). ترتفع مع مربع التيار. وهي المهيمنة عند العزم العالي والسرعة المنخفضة. تنشأ داخل الملف وعليها أن تعبر العزل وحشو الحز لتخرج.

خسارة الحديد. ترتفع مع التردد. وتصير المهيمنة عند السرعة العالية. وتنشأ موزّعة في صفائح العضو الثابت.

خسائر المغانط والدوّار. تنشأ على الدوّار، وهي أصعب حرارة في الإزالة: فالدوّار يدور، وتماسُّه بالخارج يمرّ عبر الفجوة الهوائية والمحامل. وفي الآلات ذات المغانط الدائمة تكون درجة الحرارة معيارًا حرجًا، لأن المغانط تفقد مغنطتها فقدًا لا عكوسًا عند السخونة.

والتحليل الصحيح يأخذ الخسارة لا بوصفها مجموعًا ثابتًا بل توزيعًا يتوقف على نقطة التشغيل.

اختناقات مسار الحرارة

• عزل الحز والسنّ. أكبرُ مقاومة حرارية على الطريق من الملف إلى حزمة الصفائح تقع هنا عادةً؛ وموصليةُ مادة الحشو ونسبةُ فراغاتها تحددان درجة حرارة الملف مباشرة.
• تماسّ الحزمة مع الغلاف. مقاومةُ تماس تتوقف على التركيب بالتداخل وهي حساسة لتفاوت التصنيع.
• الفجوة الهوائية. رقيقة ودوّارة؛ وهي مسار الحرارة من الدوّار إلى العضو الثابت وتتوقف على السرعة.
• رؤوس الملفات. خارج الحزمة، وتبريدها مختلف — وهي غالبًا أسخن نقطة.

قرارات النمذجة

المسألة مقترنة: فالمناطق الصلبة هي المهيمنة، والجريان ثانوي لكنه حاكم.

وحلّ الملف سلكًا سلكًا غير عملي؛ بل يُمثَّل منطقةً متجانسة بموصلية مكافئة متباينة الاتجاه — عالية على امتداد المحور (النحاس)، ومنخفضة عرضيًا (العزل).

والمقدار المطلوب عابر عادةً: كم ترتفع درجة حرارة الملف تحت حمل زائد قصير. وهذا يستلزم تعريف الكتلة الحرارية تعريفًا صحيحًا.

المراجع

1. JEDEC Solid State Technology Association. JESD51 — Methodology for the Thermal Measurement of Component Packages (Single Semiconductor Device).
2. Shah, R. K. & Sekulić, D. P. (2003). Fundamentals of Heat Exchanger Design. John Wiley & Sons. DOI: 10.1002/9780470172605